科研平台融入有机化学实验教学探析

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【摘要】科研平台拥有非常优越的实验条件和资源，可以为有机化学实验教学提供有力的支持。通过将科研平台中的科研成果、科研设备、科研人员以及科研场地融入有机化学实验教学中，可以自主设计综合性的实验项目，改变传统的教学模式，充分调动学生的主动性，积极参与到有机化学实验中，培养学生的实践能力和创新能力。

【关键词】科研平台；有机化学实验；教学改革

1科研平台融入有机化学实验教学的必要性

自从华为芯片事件发生以后，国内芯片制造能力的短板被彻底展现出来，虽然华为可以设计出全球最顶尖的芯片产品，但并不具备芯片制造能力。因此，在国际竞争越来越激烈的当下，培养具有创新能力和实践能力的人才迫在眉睫。有机化学实验是我校药学专业和制药工程专业的基础实验课程，其教学目的是培养学生的基本操作技能，结合综合设计性的实验内容，培养学生的科研思维。学生通过观察实验现象、分析和解决实验中遇到的问题，可以培养他们实事求是的科学态度、严谨细致的科学作风以及良好的实验工作习惯，为以后的学习、工作和科研打下扎实的基础。除此之外，有机化学实验的教学目的在于验证、巩固和运用课堂讲授的理论知识，培养学生敢于创新和挑战的实践能力。然而，有机化学实验教学存在一定的弊端，如教学内容单一陈旧、教学方法简单、教学资源缺乏等，导致学生趋于被动，实践能力较差，“依葫芦画瓢”的方式完成整个实验，缺乏思考和创新[1]。钱伟长院士曾说：“大学必须拆除教学与科研之间的高墙，教学没有科研做底蕴，就是一种没有观点的教育，没有灵魂的教育”[2]。因此，如何将科研与有机化学实验教学相结合，培养具有创新精神和实践能力的高素质专业人才是我们教学改革的重点之一。科研平台是高校科研工作者的主要阵地，具有先进的仪器设备、优秀的学术团队、浓厚的学术氛围、前沿的学术研究、充足的研究经费以及灵活的开放时间[3]。因此，科研平台比传统的教学实验室更具优势，如果将科研平台融入有机化学实验教学中，可以丰富学生的专业知识，了解学科前沿，提高创新能力和实践能力。我校药学院拥有一个独立的科研机构，即创新靶向药物国际研究院，现有科研实验室面积6100平米，科研仪器价值4300余万。目前，该研究院拥有激酶类创新药物重庆市重点实验室和创新靶向药物重庆市工程实验室两个市级重点科研平台、国家级科研平台创新靶向药物国家地方联合工程研究中心。该科研平台现有科研人员约30人，另以首席科学家方式聘有海外药物研发知名专家6人。那么如何将科研平台融入有机化学实验教学中，是我们教学工作者所关注的重点。

2科研平台融入有机化学实验教学的途径

2.1科研成果转化为有机化学实验教学项目

我校药学院开设的有机化学实验课程包含的实验项目有基本的操作实验如熔点的测定、色谱分离等，有机合成实验如二苯亚甲基丙酮的制备等。这些实验项目主要是训练学生的基本操作技能，以验证性的实验为主，缺乏思考和创新[4]。每个实验项目都是单独存在，相互没有关联，让学生“画地为牢”，不能挣脱束缚。在一些药物的合成中，很少可以一步反应完成得到目标产品，所以，连续的合成实验才具有实用性。另外，传统的有机合成实验教学如乙酸乙酯的制备、肉桂酸的制备等，只需要按部就班地操作，拿到产品就可以了，忽略对于产品的结构表征。这样一来，将会误导学生养成不良的实验习惯和科学态度。如果我们将科研平台中与有机化学专业相关的论文和项目成果转化成实验教学项目，则可以解决传统实验教学的弊端。基于我校药学院现有的科研平台，将其科研人员分为有机合成方法学、药物化学以及分子生物学三个方向。其中，有机合成方法学的科研成果可以运用到有机化学实验教学。以笔者发表在AdvancedSynthesis&Catalysis上的科研成果（多样性导向合成功能化的咪唑并吡啶衍生物）为例，将其转化成有机化学实验课程，供学生们选修。首先，明确该论文成果转化成学生实验项目的可行性。该成果不需要过渡金属催化剂，避免了重金属污染，借助科研平台中的微波反应仪，可以将反应的时间缩短到10-20min，反应的后处理都是常规的操作，因此，该实验项目具备可行性。接下来，确定该论文成果转化成学生实验项目的方案设计。我们将论文成果分成两大部分：第一部分为学生实践操作，如图1（a）所示；第二部分为学生思考探究部分，如图1（b）所示。在第一部分的基础有机实验中，将原料1、2、3加入反应瓶，然后加入溶剂，利用微波反应仪合成目标化合物4，过程简单，容易操作。然而，该实验设计的目的在于培养学生的创新能力和实践能力，反应条件的筛选方法和操作是该实验的重心。将学生分为成五个小组，第一小组承担反应溶剂的筛选工作，第二小组承担反应温度的筛选工作，第三小组承担反应时间的筛选工作，第四小组承担反应催化剂的筛选工作，第五小组承担底物拓展的研究工作。每一个小组依次进行实验，小组中的每一个学生都要制定2-3个不同的反应条件，并完成相应的实验操作。为了拓展该实验项目的应用性，我们设计了图1（b）所示的思考探究内容，目标化合物5可以通过化合物7经中间体6合成，而化合物7是化合物4的衍生。通过逆合成分析，训练学生对理论知识的综合运用，进一步激发学生的创新能力。

2.2科研设备转化为有机化学实验教学资源

科研的硬件设施则是科研设备，高校的科研平台拥有许多大型仪器作为支撑。我校药学院的科研平台具有完善的有机合成和分析测试仪器，如Biotage微波合成仪、Bruker400M核磁共振波谱仪、Biotage中压制备色谱、半制备液相色谱仪、岛津LC-MS、Thermo超高分辨率质谱仪、氮气制备系统、酶标仪等精密仪器和旋转蒸发器、电磁搅拌器等常规合成仪器，具备有机合成、反应后处理、高通量化合物分析、纯化及药物活性筛选技术等科研能力。我们可以根据实验教学内容的需要，综合利用科研平台设备，充分发挥大型仪器的作用。例如前面我们设计的实验项目所合成的目标产物，可以用LC-MS检测是否含有目标产品，还可以用HPLC检测目标产品的含量。学生对于这些仪器的认知不再停留于书本上的图片和枯燥的原理知识，能掌握其基本操作和应用。在传统的有机化学实验教学中，往往会忽略对于目标产品的表征实验，仅仅是通过观察其性状来判断纯度，并没有实验数据支撑结果的准确性，这是由于缺乏实验设备。对于一个完整的有机化学实验，除了培养学生熟练的操作技能外，更重要的是训练学生分析实验结果的能力。因此，科研平台中的仪器设备应该为有机化学实验教学提供有力的支持。这样一来，学生必须用数据去验证实验结果的可靠性，而不是用猜测，培养了学生严谨的科学态度和实事求是的科研作风。

2.3科研人员转变为有机化学实验教学工作者

我校药学院拥有一个国家级科研平台和两个市级重点实验室，平台中现有科研人员30人，长期从事有机合成方法学、药物化学和分子生物学研究。将这些科研人员转变成有机化学实验教学工作者，可以大大地提高教学质量。在传统的有机化学实验教学中，一个教师要带几十个学生做实验，如果科研人员加入教学工作中，可以减轻实验教师的压力，同时也能提升教学效果。科研人员可以根据自身的具体情况，合理安排实验教学时间，避免影响自己的科研工作。按学生人数的实际情况，分配小组人数，尽量减少每个小组的人数，控制一组在1-2人范围内。对于长期从事有机化学研究的科研人员来说，他们具备丰富的实践经验和良好的科研素养，可以在有机化学实验教学中正确地引导学生，培养他们的科研思维。在实验预习阶段，科研人员还可以教授学生文献调研的方法，了解该实验方法的具体应用，关注学科前沿动态。科研人员作为实验教学的老师，将会融入科学研究的思维和方法，不仅锻炼学生的动手能力，还要培养学生科学研究能力，让学生掌握文献调研、开展反应、处理反应、结构表征等。

2.4科研场地转化为有机化学实验教室

在有机化学实验中存在一些有毒、有害的化学试剂，直接影响到学生的身体健康。然而，传统的有机化学实验室通风效果并不好，对于有刺激性气味、易挥发的化学试剂，不能及时地从教室排出，造成整个实验室的污染。例如，在“二苯亚甲基丙酮的制备”实验中，用到了苯甲醛和丙酮，二者都是有毒的化学试剂。其中苯甲醛具有特殊的杏仁气味，属于低毒类试剂，但对眼睛、呼吸道粘膜有一定的刺激作用。丙酮是易燃、易挥发、有毒的试剂，对中枢神经系统有麻醉作用。在实验过程中，由于通风橱数量有限，学生只能在通风效果不好的操作台面进行实验，这样一来，实验室中苯甲醛和丙酮的气味越来越大，严重影响学生的身体健康。我校药学院的科研平台拥有两个有机合成实验室，一共约30个通风橱，通风效果好，每个通风橱的操作台可以让两个学生共用。对于有毒有害、易挥发的化学试剂，只要在通风橱内规范操作，就可以避免实验室出现有毒有害的气体。

3总结

科研平台拥有非常优越的实验条件和资源，可以为有机化学实验教学提供有力的支持。通过将科研平台中的科研成果、科研设备、科研人员以及科研场地融入有机化学实验教学中，可以自主设计综合性的实验项目，改变传统的教学模式，充分调动学生的主动性，积极参与到有机化学实验中。将科研的思维和方法渗透于有机化学实验教学中，可以让学生学会观察实验现象、分析实验结果，提升科研能力。在今后的教学工作中，我们还需要不断地探索和思考，将科研平台更加有效地融入有机化学实验教学中，为提高学生的实验操作能力和科研思维不懈努力。借助科研平台的优势，培养学生的实践能力和创新能力，为培养高水平的应用型人才添砖加瓦。

作者:宋桂廷 屈川华 单位:重庆文理学院药学院